中国炼油企业全局能源和资源优化的方法和途径

中国炼油企业全局能源和资源优化的方法和途径华贲强化传热与过程节能教育部重点实验室华南理工大学天然气利用研究中心2008年4月9日沧州中石化沧州石化分公司炼油节能研讨7/27/20230主要内容一、中国能源和油气资源的形势和任务

二、装置间热出料---从装置节能走向全局能量优化的契机三、炼油企业储运系统的运营优化四、炼油厂低温热利用系统的集成优化五、炼化企业蒸汽动力系统的运营和设计优化六、炼油企业一次能源构成的综合优化七、炼化企业资源和能源的协同优化八、炼油企业管理和操作运行的能量优化九、炼油过程全能量系统综合优化及应用

7/27/2023\[filename].ppt一、中国能源和油气资源的严峻形势

7/27/2023\[filename].ppt1、中国的能源形势

（1）、资源紧缺，不敷需要我国能源资源人均拥有量只有世界平均水平的一半7%50%7/27/202331、中国能源形势严峻：

（2）、能源利用效率低下能源利用效率33.4%（世均43%，发达国52-55%）占工业能耗73％的8个行业33种产品单位能耗平均比世界先进水平高47％（比先进水平多耗用能2.3亿吨标煤/年）建筑物单位面积能耗比发达国家高2-3倍。交通能耗比发达国家高20%以上。7/27/20234中国与世界一次能源消费结构比较（2007年）

能源环境问题严峻世界燃煤的40%7/27/202351、中国能源形势严峻：

（3）、能源环境问题突出

单位：百万吨*百万吨CO2当量温室气体二氧化碳甲烷*氧化亚氮*沙尘黑碳二氧化硫中国30519595388001.1919.95世界总量231726340357030006.63105中国位次211111(引自孙鸿烈院士报告2004年9月北京，中国科技论坛）7/27/202361、中国能源形势严峻：

（3）、能源环境问题突出以煤为主的一次能源结构造成了严重的环境污染。

酸雨率全国40%、广东70%，343个城市中仅1/3达二级空气质量标准；世界污染严重的20城市中国占16个SO2排放量的90%，NOx排放量的60%都来自于燃煤。全国SO2排放总量超过环境承载能力的70%左右。生态破坏造成的经济损失已占GDP的8%。

已严重威胁经济和社会的可持续发展！7/27/202371、中国能源形势严峻：

（4）、资源对外依存度增长过快2006：47%2007：50%7/27/20238中国能源形势2006/2007

GDP为世界5%，能源消费24.6亿吨标煤，占世界15%。2007年能耗26.5亿吨标煤，年增7.8%钢铁、煤炭、水泥年消费占世界的25%、30%和50%

1980-2004，能源消耗年增长4.6％，是世界增长率3倍。2006年万元GDP能耗1.21tec,未完成降4%的任务。

事关国家战略安全，经济社会可持续发展！7/27/20239能源低效消耗燃煤为主依赖外界环境生态破坏环境污染资源耗竭经济着重GDP结构失衡

粗放性经济：高能耗、高消耗、高污染、低效率无以为继不可持续7/27/2023\[filename].ppt能源能源结构利用效率环境生态循环生存条件经济社会发展产业结构

平衡、协调科学发展观，可持续发展，新型工业化道路，循环经济7/27/2023\[filename].ppt中国炼油企业资源和能源的严峻形势中国炼油企业能源和资源形势2007年原油加工3.4亿吨,对外依存度50%2010年加工4--4.2亿吨/年，净增加1亿吨/年（王基铭）加工能力扩充8000万吨/年自产1.8亿吨/年，缺口2.2--2.4亿吨/年（56%）！

2004年，石化工业耗能2.5亿吨，占全国总能耗16%。包括加工能耗和资源消耗的节油节能任重道远！7/27/202312中国炼油企业资源和能源的严峻形势中国炼油企业高效利用能源的历史责任（1）美国能源部报告：美国工业第一耗能大户是炼油厂，要求炼油厂进一步提高能源利用效率：大联合装置能量集成优化利用；热电联供；加强节能控制；用新型和强化换热器、基本消灭污垢；大型设备节能等。目标：炼油能耗降低10%，高耗能装置降低20%，原油利用率接近100%（2）国家十一五节能规划要求：工业热电联产节能：1100万kW,节能2200万吨标煤/年能量系统优化技术运用：降低能耗10—15%；

炼油工业单位能耗降低15--20%；(3)炼油耗能多为石油加工副产品，节约意义重大7/27/202313炼油企业能量综合的多维优化—思维拓展空间维：1、从一个个装置到炼油厂全局系统2、从单纯考虑能量利用到资源与能源的协同优化（油气化一体化，再加上煤）3、从炼油企业自身到周边地区、企业（循环经济园区）时间维:1、从给定工况改造到变化条件下的运行优化2、从现状到3—5年内原料、产品、规模、类型的发展7/27/202314时间维的重要性:我国和其他国家发展炼油、石化的途径2—3年内原料、产品、装置组成、规模变化对能量系统优化至为关键新建装置与原有能量系统的集成优化是节能降耗最经济有效的途径（大型化、联合装置、低温热利用、蒸汽动力及公用工程系统优化）！沧州炼油面临极好的机遇：5个项目已经或即将批准。20097/27/2023157、当前中国炼油企业的节能潜力在多年重视装置节能、取得一定成果的基础上：1、上、下游装置间热出料、热联合2、储运及辅助系统用能优化3、低温热在大系统范围内优化、综合利用4、蒸汽动力系统的节能改进5、运行与管理的节能改进6、资源与能源的协同优化普遍性及其原因分析节能潜力估计：能耗降低15-20%7/27/202316二、装置间热出料-------从装置节能走向全局能量综合优化的契机7/27/202317上、下游装置间热出料的节能原理中间物流重复的冷却—加热是有效能（佣）的损耗两个传热过程、两个HEN、两套设备高温物流的热能两次传递变成低温增加了一次能源消耗、和冷却负荷热出料：避免！

7/27/202318渣油与原油换热网络3个出料温度选择：164C，220C，252C渣油7/27/202319某炼厂的上、下游装置的T-H图7/27/202320某炼油厂上、下游装置ε-Q分析图7/27/202321减二减三换热流程（与加氢处理进料的关系）此二换热器用于脱前换热120℃左右，可用其他热源取代减二减三A常减压加氢处理缓冲罐（哈尔滨SEI设计62℃）7/27/2023\[filename].ppt加氢处理装置换热流程362C自分馏塔来减二减三进料预热进缓冲罐分馏塔进料预热进缓冲罐A置换出来279--170℃热流，何用？7/27/2023237/27/202324提高热出料温度后两个HEN优化重组

方向和效益的选择上游装置ＨＥＮ缺少热源：１、进一步优化传热温差--⊿Topt优化原理，能源与设备比价的变化趋势。2、换热网络再匹配：原来冷却的热流利用（如塔顶）3、减少发生低压蒸汽，用于换热３、热联合-自下游装置取热，达到同样的热回收效果7/27/202325热出料后上游装置热源补充方案举例7/27/202326热进料促使下游装置能量优化进一步深入下游装置：１、热进料迫使HEN重组２、创造了能量的工艺利用环节优化改进的机会（反应、分馏）。论据：原来不优化、现在经济条件改变了。例：分馏塔回流取热优化，回流量与抽出/返塔温差优化3、优化后的新HEN冷、热流优化匹配：（1）节省加热炉燃料（2）高温热同外装置联合（3）低温热纳入大系统优化利用7/27/202327汽柴油加氢原流程60℃7/27/2023\[filename].ppt汽柴油加氢改造后流程分馏塔顶油气预热低分油进分馏塔温度提高36℃，140℃加热炉负荷降低⊿T减小，面积增加增加，换热前注水顺序互换低温热输出Ec:11.77/27/202329热进料促使下游装置能量优化进一步深入下游装置：能量的工艺利用环节优化改进实例：1、分馏塔回流取热优化：FCC一中/顶循取热比例优化2、回流量与抽出/返塔温差优化：FCC顶循原150----返塔40℃；优化后150----返塔90℃，3、全塔模拟优化回流比降低，再沸器供热降低1/34、增设中间再沸器，利用低品位余热7/27/202330某厂十一五节能规划中热供料措施内容（1）减压渣油热出料供焦化，由172℃升高到205℃。（2）减二线蜡油热出料供催化，由158℃升高到177℃（3）减三线蜡油热出料供催化，由164℃升高到232℃（4）焦化蜡油热出料供催化，由90℃升高到193℃。（5）焦化柴油热出料供加氢，由50℃升高到100℃。（6）焦化汽油热出料供加氢，由40℃升高到100℃。（7）催化柴油热出料供加氢，由50℃升高到100℃。（8）脱沥青油热出料供催化，由120℃升高到240℃。（9）常三线直馏柴油热出料供加氢，由50℃升高到100℃。（10）催化汽油热出料至汽油加氢，由40℃升高到100℃。7/27/202331热供料改进措施的龙头作用和挑战：（1）上、下游两个装置HEN优化，推动全面优化（2）促进工艺物流热跨装置联合，节省加热炉燃料（3）中间产品冷却负荷大大减小，节省CW（4）中间罐容大大减小，省维温热、泵功、占地、资金（5）改变低温热源既有格局，温位提高（6）低温热大系统利用，节汽；改变蒸汽动力系统格局挑战：(1)装置间关联更加紧密，操作控制要求提高(2)要求充分的辅助设施保障系统的可靠性（3）要求操作和技术人员深刻了解，提高应急处理能力7/27/202332三、炼油厂储运系统的运营优化7/27/2023331、储运系统优化的三原则：原则一：储量最小化（原油、中间罐、成品罐）1）、热联合创造条件砍掉大部分中间罐；留运营储备，正常缓冲。2）、原油最小储量——省流动资金，免维温3）、在线调和节省成品油调和倒罐节省流动资金、罐投资、热耗、泵功耗、管理人员7/27/202334某炼厂原油罐区储量最小化的节能和经济效益：

储存量下降6万吨。维温蒸汽将下降2.0t/h，效益155万元/年。减少流动资金占用1.8亿元/年，节约利息1260万元。总经济效益1415万元/年。能耗降低0.26kgEO/t。

沧炼原油正常储量已低至6万吨（其中5万吨6个罐的罐底油）减少运行罐个数，减少罐底油积压的流动资金，有潜力。7/27/202335原则二：储运参数最优化---最小维热温负荷：（1）必要储存时间;（2）适当提高进罐温度t1;（3）最低容许储存温度t2;（4）合理的良好保温例1：大庆原油哈尔滨管输末站，46℃，冷滤点33℃，冬季散热温降1℃。10天之内无须维温加热。例2：某炼油厂管输来油18℃，加热到25--35℃；1000万吨/年厂耗汽冬30t/h，夏15t/h多例3、运行策略：停留？脱水？活罐？----要不要加热脱水？（某厂1993年上了均匀抽出器；长江沿岸厂：活罐）例4、抚顺外输柴油的故事。7/27/202336沧炼原油储运参数优化---最小维热温负荷：目前：来油15--20℃，加热切水；保持≤2%改进：在电脱盐优化操作基础上，泵前一级注水+原油带水，控制≤5%

保持进装置原油低温，脱前HEN利用初、常顶冷凝热需要：优化大管理----生产运行部集成一部和油品一车间群体智慧，系统抓好一条龙优化操作。预期目标：省流动资金，省加热蒸气、省冷却水、省操作工作量7/27/202337原则三：选择适宜的加热方式1、盘管—蒸汽改热媒水（⊿T降低较多，注意热负荷）2、进罐管线上：热媒水/管壳式换热器（兰炼，2006）（K成倍增加，改变操作）3、出罐口、泵入口：抽吸式加热器（蒸汽或热媒水）（保证送油黏度要求，间歇操作）储运节能潜力巨大1、降低工艺总用能2、回收大量低温热（很好的热阱）3、节省泵功耗7/27/202338四、炼油厂低温热利用系统的集成优化7/27/2023391、对“低温热资源”认识的片面性

2、“低温热利用”对策：分散、随机3、低温热降质利用4、热媒水系统耗功费热5、对变化条件适应性差I、当前炼油厂低温热利用现状和问题7/27/2023\[filename].ppt图1典型的当前低温热利用系统图7/27/202341当前低温热利用系统的佣分析图7/27/202342炼油厂低温热利用系统优化技术简介7/27/2023432、充分利用好低温热源和低温热阱热阱：

各种低温装置再沸器用热、进料预热，储运维温伴热、工艺用热水，采暖水、生活热水，锅炉除氧水、除盐水、原水，干燥空气、空调新风热源

各种不适合在装置内部利用的工艺物流余热，产品冷却热～100℃---60-40℃加热炉、锅炉烟气余热，凝汽透平冷凝潜热～40--70℃7/27/2023443、自适应的低温热利用系统流程图缓冲罐（密闭）补水泵1补水加热器回水冷却器泵2装置（热源）热阱7/27/202345图低温热利用大系统优化匹配原理图7/27/202346某石化厂地温热系统热热媒水匹配T-Q图示改造前现有换热器局限的结果不受换热器局限的结果7/27/2023\[filename].ppt用例：XX炼化低温热利用系统不停工改进，2007改串联，温度对口，梯级利用热源、热阱两个网络优化（大部分只能改管线）关键：如何提高换热器的能力？目标：扩大1.5倍----3400万大卡/时能耗降低5个单位十一五改造目标（2010）：低温热+热出料为契机的热联合，15单位7/27/202348图1典型的当前低温热利用系统图7/27/202349XX石化2007年低温热梯级利用系统流程图（部分）7/27/202350XX石化2007年低温热梯级利用系统佣分析图

7/27/202351当前低温热利用系统的佣分析图7/27/2023527/27/202353用例：大庆炼化低温热利用系统变化热阱：罐区维温伴热（冬多夏少）厂房采暖（冬有夏无）干燥空气预热（冬-30℃夏+30℃）流程安排策略：按温位串联实际运行：冬季回水30-40℃投资5千万元，约3年回节约燃料油2-3t/h及蒸汽7/27/202354某厂节能规划低温热大系统利用建议流程回水53℃来水120℃7/27/202355五、炼化企业蒸汽动力系统的优化运营和设计7/27/202356特点：1）、分散的多用户、多产汽点，多燃料来源，多压力等级2）、多工况变化（季节、加工量、生产方案、市场价格）3）、保证工艺系统需求，对能耗、加工费有较大影响

1、石化企业蒸汽动力系统的特点和问题7/27/202357炼油厂蒸汽动力存在的问题和潜力：1）、锅炉、汽轮机容量小、参数低且陈旧；2)、配合全厂扩产而陆续增建，缺乏全面规划3）、按照固定工况设计，不能适应在变化工况下保持功热联产效率要求表现：夏季低压蒸汽放空冬季中压蒸汽减温减压4）、相当大一部分烧渣油或炼厂气，浪费资源潜力：目前我国炼油厂节能潜力的1/3左右7/27/202358工艺余热发生蒸汽节能途径的再思考

余热大量发汽并入管网，看起来合理，但隐含着问题1、某280℃--250℃工艺物流，只能发生1.1Mpa级的饱和蒸汽,相当于一台低压锅炉。用做临近某分馏塔220℃--250℃再沸器热源，节省下来原再沸炉燃料，相当于停一台低压锅炉。2、200-150℃工艺物流的余热发生蒸汽0.3MPa，通过热媒水（130--180℃）利用，温位高～20℃能效高～20%。7/27/202359需要柔性的蒸汽动力系统目前系统按照给定的工况设计的。然而市场要求生产方案调整，导致装置的负荷率和开工率改变，相应地会改变汽、电需求。缺乏柔性的系统为了满足汽、电量的需求，往往不得不牺牲能质的效率（1）蒸汽的减温减压----能量并没有损失，但品质降低，即损失了本来可以在背压透平中获得的功；（2）低压蒸汽放空。柔性设计的系统则可以通过设置抽汽—凝汽机组、不同能源的备用机组等多种应变手段使得在满足汽、电量的需求的同时，仍最大限度地保持高的佣效率。7/27/2023607/27/202361运行营销(“供应链管理”)运行汽电需求变化、设备开停及负荷调整、离线优化营销外部能源采购、外输销售、贮存

优化策略集成的ERP定常生产(“管控一体化”)控制DCS、APC

监控仿真

故障诊断

安全环保管理成本核算、人事、设备质量、

安全、环保

集成信息系统再生产(“生命周期”)设计扩产

设备更新热电联产

能量集成决策市场预测分析

投资效益评估需求变化预测集成的设计硬件技术系统软件技术系统蒸汽动力系统集成建模7/27/202362锅炉、汽轮机开、停及负荷优化、购买蒸汽量优化等管网压降、温降计算生产过程对蒸汽、驱动功、电力、的需求,瓦斯的产、用平衡数据结束YN考虑压降、温降后对蒸汽需求量修正蒸汽动力系统运行层次优化求解框图7/27/202363开始锅炉、汽轮机开、停及负荷优化、购买蒸汽量优化管网压降、温降计算蒸汽、驱动功、电力、需求、瓦斯的排放量等结束YN考虑压降、温降后修正蒸汽需求量的设计层次优化求解框图有最优解Y运行性能评价：基准蒸汽价格Y系统优化改造专家系统投资－效益评价NN7/27/202364蒸汽动力系统优化运行软件SPSOpti功能系统运行状态监测和模拟分析系统的设备、管道及仪表的故障诊断适应蒸汽动力需求变化的优化运行计划系统运行的优化调度满足工艺装置改扩建蒸汽需求变化的蒸汽动力系统改造优化设计7/27/202365蒸汽动力系统优化运营内容锅炉、汽轮机开、停、负荷率不同负荷分配条件下管网运行方案的优化调度外购还是外卖蒸汽？电的自给率多少？锅炉燃料一次能源的选择季节变换时的系统运行方案因产品变化、装置开、停，汽电负荷大变化的应对7/27/202366蒸汽动力系统优化运营软件SPSOpti界面7/27/202367某工况下应用SPSOpti优化结果对比运行锅炉负荷t/h运行汽轮机进汽量t/h发电量kW减温器进汽t/h总费用万￥/h当前运行5＃901＃623800171.536＃922＃643900次优解运行余量50t/h1＃551＃905784101.473＃162＃4225835＃110最优解1＃511＃905784101.295＃1302＃423444当前方案中两台锅炉均在非经济负荷附近运行，费用最高.次优方案考虑了50t/h的调节余量，费用较高，但柔性较大；最优方案使锅炉产汽和汽轮机进汽分配最优，减温减压器进汽量减少，降低了费用。

7/27/202368应用于某千万吨/年炼油厂蒸汽动力系统设计方案改进要点:1、充分热电联产,2、提高系统柔性

结果与原方案的经济性对比

原方案SCUT方案燃料量（t/h）11.97711.976发电量（kW）62804100473总费用（万$/a）7619.16849.4增加投资843万$,回收期:0.9年

7/27/202369原始设计流程图7/27/202370改进流程图7/27/202371

以热出料为切入点，以新技术经济条件下的最优传热温差为尺度，带动上、下游装置换热网络的协同优化。向上减少加热炉负荷，节省燃料；向下提供低温热利用热媒水系统热源；优化辅助系统用能，节省大量蒸汽。在新的一次能源结构和大系统格局下，和新的气、电负荷基础上改构建柔性的、高度功热联产的蒸汽动力系统

正在进行的案例有可能降低炼油能耗20%左右。热出料--低温热利用—蒸汽动力系统综合改进潜力7/27/202372六、炼油企业一次能源构成的综合优化7/27/202373

优化调整能耗结构：中国炼油企业一次能源构成的演变80年代前，副产渣油和外部供电为主要一次能源；典型配置：3台120t/h中压锅炉，2×12MW抽凝机组。二次加工装置快速发展，炼厂气和焦碳在能耗构成中的比例大大增加。但不少还是用中压锅炉烧炼厂气和部分渣油来发电产蒸汽，总的能源的转换效率提高不大国外80年代起采用燃机—锅炉/加热炉热电联产，国内无渣油能卖3700元/吨，干气3000元/吨的时候，还烧吗？7/27/202374优化调整能耗结构：■在能量优化前提下，最高效、最洁净地利用氢转移加工过程中形成的焦炭，使其有与天然气和煤相同的使用价值可能性：FCC焦碳燃烧特殊工艺，CFB炉……■其它的“一、二次”加工产物(包括炼厂气、油浆、渣油)都尽可能最经济地转化为车用燃料和化学品■改变一切自给自足观点，在所在地区规划能量大系统联合优化：汽、电、热与邻近企业联合（包括买入和售出）；■发挥炼油厂热电比的优势，高效利用便宜的煤和天然气7/27/202375

天然气在中国一次能源格局中的地位

国家能源结构调整,大力发展天然气的战略不可动摇这是环境状况和可持续发展的要求天然气在一次能源中：2010---6%，2020—12%，达到２.２亿吨油当量／年；２０３０－２０５０！世界能源格局：天然气总比石油价格低，2050：超过石油，成为最多的一次能源（包括CBM）7/27/202376三、中国天然气发展趋势1、天然气储量仍将大幅度增长7/27/2023772、天然气产量未来仍将快速增长7/27/202378天然气在炼油企业一次能源中的地位替代加热炉燃料和部分锅炉燃料（渣油和干气）制氢原料（顶替出C2-C6轻烃和渣油做化工原料）炼油和石油化学工业是天然气最大的工业市场中国炼油量近期4亿吨/年，沿海和油气田附近的炼油厂部分替代烧掉的重油和炼厂气中可用的乙烯和制氢原料，至少约需2000万吨/年天然气经济合理7/27/202379煤炭已经进入石油化工企业一次能源之列水煤浆、CFB锅炉、超临界机组—蒸汽动力系统燃料煤富氧气化制合成气----煤洁净利用的最优途径煤气（液）化----新的突破（合成气—甲醇--DME)合成气变换------煤制氢：炼油厂新的选择碳沉积（CO2回注油田):环境约束日益增强环保和高效优势-----有可能成为煤的首选用户7/27/202380中国能源资源形势决定炼油厂能源结构的大趋势中国的炼油企业不能停留消耗自己的炼油产品的思维定势中。炼油加工的副产品，包括氢气，乙烷，渣油甚至油浆，都可以通过进一步加工提供化工原料；只有催化焦炭等必须在本装置内烧掉，不足的一次能源必须依靠外部的能源（煤、天然气、附近发电厂的中低压抽汽、网电）。在循环经济的思想指导下进行能源利用大系统集成和优化，这是中国炼油企业能源结构变化的大趋势。一切由计划经济、部门分割、行政干预所造成的低效、孤立地使用和浪费资源和能源的传统机制和习惯，都将不能阻碍这一趋势的发展！7/27/202381炼油企业能源构成的超结构模型和计算机辅助决策系统煤纯氧气化、变换—H27/27/202382

沧州炼油的潜力干气—中压锅炉—凝汽发电的经济评价某厂实例：发电单耗400geo/kWh,2500kWh/t干气，发电的燃料成本1.2元/kWh!给出的建议：1、4000元/t卖给煤气公司

2、分离乙烷、乙烯、氢气渣油能卖3700元/吨，干气3000元/吨的时候，还烧吗？7/27/202383七、炼化企业能源和资源的协同优化7/27/2023841、中国炼油企业能源和资源协同优化的挑战产品和环境保护的约束对炼油厂的影响大气污染日趋严重要求加速油品质量升级：北京2008奥运会要达到欧洲4号标准。有条件的炼油厂采用天然气，开拓下游市场，通过高效利用天然气来提高能源利用效率油气资源综合利用：能比煤和天然气更容易转化为发动机燃料和化工原料的炼油加工产物，都不该烧。7/27/202385（1）炼油企业的副产渣油和油浆优化利用（DC？DA？）。（2）炼厂气资源必须优化利用。中国石化工业龙头企业乙烯工业90％原料是石脑油、煤油、柴油、加氢尾油，乙烯的成本560美元/吨。（美国乙烯的70％用轻烃原料）与此同时，炼厂气中大量的乙烷、乙烯被作为燃料烧掉。某500万吨/年炼油厂分离4万吨/年乙烯、3万吨/年乙烷的投资2亿元。年效益1亿元。（3）烃类化工原料商品化问题乙烯、丙烷国际市场已经形成，国内-162℃的LNG罐箱运输距离也已达4000公里。乙烷沸点-110℃，只要油价高企，就有利润空间。

兰化在技术上已经走在前面，进一步全面挖潜提高效益。

2、中国炼油企业能源和资源协同优化对策7/27/202386表炼厂气的含氢浓度典型的氢气来源压力/Mpa含氢体积浓度/%催化重整富气1.3~3.080~90加氢裂化高压弛放气4.0~14.060~85加氢精制高压弛放气1.5~5.065~85加氢低压弛放气-0.745.5催化裂化干气0.730.65催化裂化/延迟焦化0.5~1.515~30中变气2.470（4）炼厂气中的氢气应当分离回收2、中国炼油企业能源和资源协同优化对策7/27/2023872、中国炼油企业能源和资源协同优化对策7/27/202388CO焚烧炉—烟机—余热锅炉系统的改进CO燃烧器补充空气进料压缩机排烟反应产物提升管反应器密相床旋风分离器再生器催化剂循环管

FCC焦炭燃烧能量转换联产技术空气W发电机烟气透平CO焚烧炉7/27/202389用GSA方法配置能源/化工行业的资源与能源:“炼化一体化”还是“能源化工一体化”“炼化一体化”的典型配置是1000万吨/年炼油厂提供石脑油、部分煤油、柴油和加氢尾油给一个80--100万吨/年的乙烯厂做裂解料；80～90％是重质原料。是石油下游经济。

新的思维：化石燃料（油气煤）+再生能源------燃料+化工原料总体协调优化。7/27/202390DMELPG煤化工原料富氧气化CO+H2H2交通燃料炼油厂石油汽柴油C2+及凝析油基本石油化工L/CNG发电厂/CHPDES/CCHP工业/民用天然气、CBM、BIOG中国能源、资源化工一体化路线探讨7/27/202391DMELPG煤化工原料富氧气化CO+H2H2交通燃料炼油厂石油汽柴油C2+及凝析油基本石油化工L/CNG发电厂/CHPDES/CCHP工业/民用天然气、CBM、BIOG中国能源、资源化工一体化路线探讨7/27/202392DMELPG煤化工富氧气化CO+H2H2交通燃料炼油厂石油汽柴油凝析油基本化工L/CNG发电厂DES/CCHP工业/民用天然气、CBM、BIOG中国能源、资源化工一体化路线探讨7/27/202393（2）某大型炼油厂资源/能源结构优化课题1200万吨/年,全加氢型炼油厂现有方案：1、炼厂饱和轻烃+天然气制氢14万吨/年；2、28万吨/年渣油+数十万吨/年炼厂气----加热炉、燃气轮机、锅炉燃料目前形势变化:1、国际原油价格攀升进近3倍,天然气的价格提高近2倍。天然气/煤比价超过2.—3.0；2、煤炭供应有合同保障，天然气供应也可以；3、邻近地区有热电联供投资—运营商

7/27/202394（2）某大型炼油厂资源/能源结构优化课题在上述条件下的优化配置改进原则改用煤产蒸汽，年经济效益数亿元。改用煤制氢，比用天然气节省年费用10亿元。工艺装置余热尽可能通过加深换热，顶替加热炉燃料。不烧渣油；只用FCC焦炭，和分离出H2、C2烃以后的炼厂尾气作为加热炉燃料；不足用天然气补。大约用200多万t/a煤，顶替出100多万t/a炼厂轻烃和重油和天然气，前者用作乙烯裂解、焦化等原料，年经济效益应在15亿元以上。7/27/2023953、用GSA方法配置石化工业的资源与能源:（3）、油气资源利用的全方位评价研究建立模型：现有技术、技术发展、技术经济收集数据：技术、经济、地理、税收、运输、资源、环境….组合方案评价体系、指标、方法开发建立，特别是环境因素的量化反映研究。对象体系：大：中国炼油石化，煤、油、气综合优化利用；小：炼油厂、乙烯厂、天然气利用、制氢原料路线、炼厂气利用方案，等等。7/27/202396炼化企业油气资源集成优化利用模型示意图用全方位评价法来配置石化工业的资源与能源煤7/27/202397沧炼蒸汽动力系统和一次能源的优化潜力烧3000多元/吨的干气中压锅炉凝汽发电不经济所有干气中的轻烃回收用作化工原料装置优化和低温热系统利用，降低蒸汽耗量。只烧甲烷和CO，不足补充即将到来的天然气。把现有CO焚烧器改用为备用辅助燃烧室。FCC两器事故紧急停运时立即点火，保持余热锅炉产汽。顶出宝贵的1-2小时时间，把备用锅炉开起来。7/27/202398八、炼油企业管理和操作运行的能量优化7/27/202399(“供应链管理”)决策支持系统定常生产运行营销再生产信息管理系统(“管控一体化”)(“生命周期”)硬件技术系统软件技术系统控制管理投资决策经营管理系统营销设计运行过程系统综合集成的功能层次模型（按管理信息系统）7/27/20231001、转变观念、改进管理7/27/20231014、操作运行的模拟优化和调优定义过程系统操作调优的形式目标函数能耗费的佣经济学函数式7/27/2023102节能工作开展的推动力1978年，原油加工的费用20元/吨；能耗费用7元/吨。利税70－80元/吨。节能的经济效益对企业影响不大。因此主要靠行政手段参加WTO后，加工费200元/吨，能耗费用70－80元/吨。净利润0—3、40元/吨。节能的效益十分重要。行政手段不再有效，需要某种激励机制1、转变观念、改进管理7/27/20231031、转变观念、改进管理2、改进节能管理工作的组织机制：由企业及下属职能部门主要负责人组成有决策权的节能小组“节能办”少量专职人员是决策的执行者公司总部也应当设立这样的有决策权的节能小组和相应的执行机构，作为运营中的一件大事来抓7/27/20231041、转变观念、改进管理

3、建立节能指标体系：

根据国内外炼油厂的能耗数据和国内各炼油厂的具体情况，经过科学测算，初步建立系统的节能指标体系。

4、建立节能激励机制：

在调查研究基础上总结国内的先进的、行之有效的管理经验，激励机制的成熟作法；进一步建立以奖励为主，完善的奖、惩制度；促进节能、技术的落实。7/27/2023105

121压力（Mpa）1.03.52温度（℃）2504503火用,MJ/t865.21235.74能级系数ε0.2940.3705成本价格比例系数11.4282

5、内部能源的合理定价

表1基于火用经济分析系的蒸汽成本价格比例系数作用：鼓励能量逐级利用，限制高能低用1、转变观念、改进管理7/27/2023106

1)蒸汽价格目前的蒸汽价格不论品位均价，或只差5-10元/吨，造成蒸汽降压使用。需制定合理的定价标准

2)干气价格内部核算价格的随意性，定价过低，促使浪费。只要还在烧￥3700/t的渣油，每少烧1t热值为8000kCal/kg的干气，就等于节约0.8t渣油。另一种计算：考虑干气这可回收的轻烃资源的价值（扣除加工费用）

1、转变观念、改进管理--公用工程的合理定价7/27/20231072、加强和完善基础工作（1）完善计量：加强计量工作的管理机构、完善必要的计量仪表的购置和校正，使能耗和水耗的数据准确、可靠；这是实施先进节能、技术的必要基础。7/27/20231082、加强和完善基础工作

（2）建立定期、快速能量核查的方法体系，解决企业开展能量平衡需解决的共性关键问题；

A、在广泛测试、典型归纳、统计分析的基础上，建立一种通过少量的测试和统计数据便能够估算设备和管线散热损失的的简捷方法，并建立这种简化方法的应用导则。B、在大量实例检测、统计、分析、归纳工作的基础上，总结和发现规律，提炼出一个耗能介质（各种燃料、蒸汽、水、电等）消耗数据的现场统计、测量、归纳和校正的简捷方法；7/27/20231092、加强和完善基础工作（3）建立全厂能源利用的计算机信息集成系统和档案；▲按照车间、单位▲按照能量介质，如燃料（油、气、焦、煤）、电、蒸汽、水建立平衡（产、用、购、销）实时及历史数据库▲建立主要设备、主要装置、重要系统（如储运、蒸汽动力系统）的能量档案；（包括购入、检修、改造、更新等变化事件的相关能量数据）7/27/20231102、加强和完善基础工作（4）培训技术人员掌握流程模拟软件目前各个炼油厂都购买了如ASPENPLUS、PRO/II、HYSIM或HYSIS等流程模拟软件。但是远未普及应用。这是提高技术人员素质和分析、解决技术问题的得力工具；应该普及培训。7/27/2023111沧炼管理节能降耗有潜力沧炼基础工作扎实，管理水平较高；人员精神面貌好。蕴藏着极大的改进和创造、革新积极性举例：1、塔顶蒸发空冷改进创新2、FCC烟机代主风机—发电3、焦化蜡油热出料的实现4、加氢原料热出料的实现7/27/20231123、挖掘通过优化运行和管理的巨大节能潜力（1）、改进和优化炼油厂计划、调度节能制订计划和调度操作不仅要以节约原料、增加产值和销售收入为目标，而且必须以节能、降耗为目标。

计划排产与能量综合的软件集成。7/27/20231133、挖掘通过优化运行和管理的巨大节能潜力（2）操作、管理节能潜力的由来A、在产品品种、加工量不变条件下操作参数偏离设计的优化量设计值本身不是优化的技术经济条件不断变化通过模拟，结合经验发现和判断问题所在采取管理、操作控制措施调优7/27/2023114B、实际运行条件远离设计工况■大幅度改变的多周期工况运行■安全保障底线与节能效益协调■计划调度的经验性，缺乏科学性■系统观念、技术经济观念、市场观念薄弱■管理科学观念滞后、行政手段习惯势力3、挖掘通过优化运行和管理的巨大节能潜力7/27/2023115A、分馏塔在模拟基础上的优化运行中段取热比例优化，过汽化率优化，回流泵流量和出入塔温差的优化，汽提蒸汽量随变化工况的用量优化，汽提蒸汽分配比优化；抽出口位置优选。3、挖掘通过优化运行和管理的巨大节能潜力（3）、操作运行优化节能措施7/27/2023116过程系统操作调优的步骤数据采集和校验：DCS、公用工程、经济条件物料流程模拟能量流程模拟，进行能、佣分析与佣经济分析以步骤3、4为基础，确立佣经济协调变量的具体模型和操作调优目标函数7/27/2023117实例一:催化分馏塔吹汽及各段取热操作调优方案吹汽量t/h柴油t/h粗汽油t/h各段取热GJ/h顶循/一中/二中/油浆增效总量塔底柴油汽提万元/年02.551.11.4539.9773.3538.33/45.98/0.0418/44.73基准0 基准0013.02.01.040.1773.3728.17/45.98/0.0418/57.27150 -18533523.52.51.040.3373.4828.42/45.98/0.0418/57.27320 -14552534.03.01.040.5673.5828.72/45.98/0.0418/57.27560 -10366344.53.51.040.6673.6329.00/45.98/0.0418/57.27610 -476577/27/2023118实例二:脱丙烷塔塔底产品丙稀含量与塔操作回流比的优化决策变量塔底丙稀含量％所需回流比R精丙稀销售收入增加万元/年脱丙烷塔能耗费用增加万元/年总效益万元/年11.73基准0基准000.11.76402.537.50.0641.7941.64.037.60.051.8141.65.036.67/27/2023119实例二:脱丙烷塔进料组成波动引起的回流比和丙稀损失率的权衡进料丙稀浓度％决策变量脱丙烷塔塔底产品丙烯摩尔百分含量％所需回流比增效优化前优化值％优化前优化后万元/年30.0010.0862.332.473742.350.0641.731.794050.000.0531.471.50337/27/2023120实例二:塔压调整项目塔板数顶/底温度，℃顶/底压力，MPa回流比热负荷GJ/h前后前后前后前后C7015045/10440.2/96.92.09/2.101.7/1.852.542.097.406.60C7023541/74.741/71.73.40/3.503.28/3.30143.4117.82.302.14C70320043.6/55.539.3/49.61.95/2.101.78/1.8615.514.522.2821.747/27/2023121实例二:三塔进料板位置的调整项目进料板回流比冷凝器热负荷GJ/h再沸器热负荷GJ/h前后前后前后前后C70126202.541.8823.90－5.106.606.27C7022111237.7118.0-3.26－1.504.392.14C7031048414.512.9-23.9-22.421.7420.217/27/20231225、操作运行优化的的工作方法到炼油企业现场深入调研；运用“三环节”等能量分析和优化理论，借助各种工具和模拟软件，通过定量核算、分析等,寻找东区节能改进机会；经过双方讨论，从不需要或少花投资的“节能改进机会”中确定出可付诸实施的“节能改进措施”，共计十四项。

7/27/2023123表1-4-1XX石化分公司能量系统优化措施一览表序号装置名称措施内容节能效果效益万元/年投资万元备注11#常减压装置常塔中回取热---换热网络协同优化现场方案比较，计算换热终温提高21℃3785效益按终提高15℃计算21#常减压装置适当提高脱后原油进初馏塔的温度初馏塔拔出率由4.0%提高到6.2%28

上述措施的延续31#常减压装置柴油ASTMD8695%点控制按363℃，柴油拔出率提高0.4%，柴油多拔1.4t/h75

41#常减压装置回收减顶不凝气作减压炉燃料每年回收减顶瓦斯共计约1880吨1805

52#常减压装置常塔中回取热---换热网络协同优化，优化初馏塔拔出率换热终温提高9℃。初馏塔拔出率由10.9%提高到12.4%，22015以原油换热终提高9℃计算效益62#常减压装置柴油的ASTMD8695%点按363℃控制柴油拔出率提高0.42%，柴油多拔1.3t/h70

72#常减压装置回收减顶不凝气作减压炉燃料每年回收减顶瓦斯共计约2800吨2685

7/27/2023124序号装置名称措施内容节能效果年效益万元/年投资万元备注81#、2#、3#常减压装置回收常减压装置初、常顶轻烃回收液态烃3.3×104t/a3440

暂时无法给出投资9瓦斯系统以气顶油，平衡炼厂气更换为油气联合火嘴约100台77150

10火炬气柜火炬气柜凝缩油送至300万吨/年重催多产液态烃约3600吨/年，汽油约400吨/年33310

11300万吨/年重催富气水洗水改为新鲜水或净化水节约除盐水22t/h385按新鲜水方案计算12原油储存车间降低储存温度，采用高效疏水器每年节约1.0MPa加热维温蒸汽1.2万吨722汽价60.69元/吨13蒸汽动力系统锅炉运行负荷优化减少蒸汽放空量年减少蒸汽放空量54000t289

最小负荷改为50%14500万吨/年常减压装置新增常四线，降低减压炉负荷减少减压炉的热负荷约469×104kJ/h10710

合计

5575207

7/27/2023125鉴定会成果7/27/2023126九、炼油过程全能量系统综合优化及应用7/27/2023127过程工业三环节能量综合优化方法过程用能（能量、佣、佣经济）分析、评价过程用能改进潜力分析单元、子系统能量优化方案制订全局优化方案的制订和调优7/27/2023128过程工业能量流结构模型

节约的根本：（1）在工业过程的核心环节降低工艺总用能

利用子系统优化的主要内涵和方法

能量转换环节能量利用环节能量回收环节工艺总用能EN外供入能EP转换输出能EB直接损失能EW热力学能差ET排弃能EJ回收输出能EE待回收能EO有效供入能EU回收驱动能ED回收循环能ER

7/27/2023129过程工业能量流结构模型

在能量回收环节增加回收循环能（内）与回收输出能（外）

能量转换环节能量利用环节能量回收环节工艺总用能EN外供入能EP转换输出能EB直接损失能EW热力学能差ET排弃能EJ回收输出能EE待回收能EO有效供入能EU回收驱动能ED回收循环能ER

7/27/2023130过程工业能量流结构模型

（2）提高转换效率，减少一次能源消耗功热联产蒸汽动力系统优化一次能源构成的优化决策能量转换环节能量利用环节能量回收环节工艺总用能EN外供入能EP转换输出能EB直接损失能EW热力学能差ET排弃能EJ回收输出能EE待回收能EO有效供入能EU回收